Bac 2026 de physique-chimie, Métropole septembre, jour 2 : présentation de l'épreuve

Le sujet du jour 2 de la session de septembre 2026 en Métropole se compose de trois exercices indépendants notés sur 20 points, à traiter en 3 h 30. Il est déséquilibré en faveur de la chimie : l'exercice 1, consacré à l'acide salicylique et à l'aspirine, pèse à lui seul 9 points. Les deux exercices de physique, notés chacun 5,5 points, portent sur la mécanique et l'optique : l'observation de la Station spatiale internationale, puis le saut d'une puce. Ce sujet couvre une large part du programme de terminale et constitue un excellent bac blanc : les questions sont classiques, mais les pièges de conversion d'unités et de rédaction sont nombreux.

Les durées indicatives qui suivent sont calculées au prorata des points : environ 1 h 35 pour l'exercice 1 et environ 58 minutes pour chacun des deux autres.

Exercice 1 : De l'acide salicylique à l'aspirine (9 points)

Ce long exercice de chimie suit l'acide salicylique à travers trois parties et 18 questions. Il part d'une molécule bien connue, présente dans un collyre, pour aboutir à la synthèse de l'aspirine au laboratoire. Les trois parties sont largement indépendantes : si le calcul du pKa résiste, rien n'empêche de traiter le dosage puis la synthèse. Beaucoup de questions se résolvent en deux ou trois lignes, à condition de connaître précisément les définitions du cours : espèce amphotère, acide faible, taux d'avancement final, domaine de prédominance, rendement.

Propriétés acido-basiques

Le schéma de Lewis exige les doublets non liants des trois atomes d'oxygène ; les groupes caractéristiques sont le carboxyle et l'hydroxyle. L'ion C7H5O3^-, base d'un couple et acide de l'autre, est l'espèce amphotère. La masse à peser pour 200 mL de solution saturée vaut 0,448 g et la concentration apportée est voisine de 16,2 mmol/L. À partir du pH de 2,4, le taux d'avancement final vaut environ 0,25 : l'acide est faible, et l'équation de sa réaction avec l'eau s'écrit avec une double flèche.

Le calcul du pKa est le passage le plus sélectif de l'exercice : la concentration de l'acide à l'équilibre est la concentration apportée diminuée de la concentration en ions oxonium, puisqu'un quart de l'acide a réagi. On obtient un pKa d'environ 2,9, en accord avec la valeur tabulée de 3,0. Le diagramme de prédominance montre ensuite que l'ion salicylate prédomine dans le collyre de pH 7,0.

Dosage par étalonnage

Le spectre d'absorption n'a de pics que dans l'ultraviolet, ce qui explique que la solution soit incolore. Le collyre, à 1 mg/mL soit 1000 mg/L, doit être dilué pour entrer dans la gamme d'étalonnage de 0 à 80 mg/L. La lecture graphique, multipliée par le facteur de dilution 20, donne 0,98 mg/mL avec une incertitude-type de 0,02 mg/mL ; le quotient de l'écart par l'incertitude vaut 1,0, inférieur à 2, et la concentration est en accord avec la notice. L'oubli le plus fréquent est de ne pas multiplier aussi l'incertitude par 20.

Synthèse de l'aspirine

Les questions sur le protocole sont courtes : consignes de sécurité déduites des pictogrammes, deux avantages du chauffage à reflux (accélérer la transformation et éviter les pertes de matière, sans prétendre qu'il augmente le rendement), nom des étapes de transformation et d'isolement, rôle de l'eau froide et du bain de glace, interprétation du chromatogramme qui montre un produit sans trace d'acide salicylique. Le réactif limitant se détermine en comparant les quantités de matière, en utilisant la masse volumique de l'anhydride éthanoïque : c'est l'acide salicylique, d'où une masse théorique de 2,6 g et un rendement d'environ 84 %.

Exercice 2 : Observer l'ISS (5,5 points)

Cet exercice associe mécanique céleste et optique en 11 questions. La première partie est une application directe du cours sur le mouvement des satellites, que l'on retrouve très souvent au bac ; la seconde demande une construction graphique soignée sur une annexe à rendre avec la copie. Les deux parties se rejoignent dans la question ouverte finale, qui réutilise la vitesse de la station calculée au début.

Le mouvement de la station

Le repère de Frenet a pour origine le centre de masse S de la station, avec le vecteur normal dirigé vers le centre de la Terre. La force de gravitation s'écrit avec le rayon de l'orbite au dénominateur, et non l'altitude de 400 km. La deuxième loi de Newton donne une accélération purement normale : sa composante tangentielle nulle prouve que le mouvement est circulaire uniforme. La vitesse orbitale vaut 7,67 km/s, à condition de travailler en mètres. La démonstration de la troisième loi de Kepler conduit à une période d'environ 5 548 s, soit environ 3 100 tours de la Terre pendant les 200 jours de la mission.

La lunette afocale

Il faut placer les foyers sur l'annexe en respectant l'échelle horizontale, un carreau pour 5,0 cm, puis construire l'image intermédiaire, renversée, dans le plan focal commun. Le grossissement, rapport des angles θ' et θ, vaut 8,0 ou 20 selon l'oculaire. La question ouverte finale montre qu'à l'œil nu, à 400 km, l'ISS longue de 108 m est vue sous un angle de 2,7 × 10^-4 rad, inférieur au pouvoir séparateur de l'œil, alors qu'à travers la lunette l'angle dépasse 2,2 × 10^-3 rad. Le regard critique porte sur la vitesse apparente de la station, qui rend son suivi délicat.

Exercice 3 : Un champion du monde inattendu (5,5 points)

Le dernier exercice étudie en 12 questions le saut d'une puce de 1,00 mg, comparé à celui d'un sauteur humain. Il mêle mécanique, programmation et mesure : on y établit les équations du mouvement, on complète un programme Python qui simule la portée avec son incertitude, puis on raisonne sur l'énergie et la puissance. Les résultats littéraux sont souvent donnés dans l'énoncé, ce qui permet de vérifier son travail en cours de route.

Chute libre et portée

On montre d'abord que la poussée d'Archimède est environ 200 fois plus faible que le poids, à condition de convertir correctement les milligrammes en kilogrammes. La deuxième loi de Newton donne a_x = 0 et a_y = -g, puis les équations horaires et l'équation de la trajectoire. L'expression de la portée fait apparaître sin(2α), maximal pour 45°. Avec une vitesse initiale de 1,90 m/s, le saut le plus long atteint 0,368 m, près de 200 fois la taille de la puce.

Python, incertitude et puissance

Le programme Python demande de saisir l'angle en radians et d'utiliser le point comme séparateur décimal. L'incertitude-type s'écrit 0,084 m et la portée 0,368 m. Le quotient de l'écart à la portée de référence de 17,9 cm par l'incertitude vaut environ 2,3 : le résultat n'est pas en accord avec la référence, ce qui s'explique puisque la référence est une moyenne de tous les sauts. Enfin, la puissance par kilogramme de muscle vaut environ 1,4 × 10⁴ W/kg pour la puce et 1,1 × 10² W/kg pour le sauteur humain, soit un rapport voisin de 120, à condition de diviser par la masse de muscles et non par la masse totale.

Les pièges communs aux trois exercices

Un même type d'erreur revient dans tout le sujet : les conversions d'unités. Dans l'exercice 1, le volume de 200 mL doit être exprimé en litres pour la masse à peser, et la concentration du collyre en mg/L pour la comparer à la gamme d'étalonnage. Dans l'exercice 2, le rayon de l'orbite doit être en mètres puisque la constante de gravitation est en unités SI, et la durée de la mission en secondes. Dans l'exercice 3, la masse de la puce doit être convertie en kilogrammes, et la portée de référence en mètres avant le calcul du quotient.

Deuxième point commun : l'exploitation des incertitudes. Les exercices 1 et 3 demandent tous deux de comparer une valeur mesurée à une valeur de référence à l'aide du quotient de l'écart par l'incertitude-type, avec le seuil de 2. La conclusion est inverse dans les deux cas : accord pour le collyre, désaccord pour le saut de la puce. Il faut savoir rédiger les deux situations et, dans le second cas, proposer une explication physique.

Enfin, la deuxième loi de Newton apparaît dans les deux exercices de physique. Le correcteur attend à chaque fois le système, le référentiel supposé galiléen et le bilan des forces avant l'écriture de la loi. Dans l'exercice 2, il faut ensuite projeter dans le repère de Frenet ; dans l'exercice 3, dans un repère cartésien. Ces étapes de rédaction rapportent des points même lorsque le calcul final est faux.

Gestion du temps

Commencer par l'exercice 1 est souvent judicieux, car il rapporte près de la moitié des points et contient de nombreuses questions courtes. Fixez-vous une heure limite pour chaque exercice et gardez de la marge pour les questions longues : le calcul du pKa et la comparaison à la notice dans l'exercice 1, la construction sur l'annexe et la question ouverte dans l'exercice 2, la puissance musculaire dans l'exercice 3. Une question bloquante ne doit pas vous empêcher de poursuivre : de nombreux résultats intermédiaires sont donnés dans l'énoncé, ce qui permet de reprendre plus loin. Réservez enfin quelques minutes pour relire les unités et les chiffres significatifs.

Conclusion

Ce sujet récompense la rigueur plus que l'astuce. Les erreurs les plus coûteuses viennent des conversions d'unités (millilitres, milligrammes, kilomètres, jours), de la rédaction incomplète de la deuxième loi de Newton et de l'écriture des résultats avec leur incertitude. Traitez-le en conditions réelles, puis comparez votre copie au corrigé détaillé, qui reprend chaque question avec la méthode, les calculs et les pièges à éviter.